Как работает тепловой насос

История создания теплового насоса

По определению, тепловой насос - это термодинамическая установка, в которой тепло от низкопотенциального источника передается к высокопотенциальному, при этом электрическая энергия расходуется только на работу привода (в нашем случае - компрессора).

К 1824, когда Карно опубликовал свой трактат Размышления о движущей силе огня... (Reflections sur la puissance motrice du feu...), общеизвестного из школьного курса физики как тепловой цикл Карно. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 г. под названием "умножитель тепла".

Энергетические кризисы 1973 и 1978 годов заставили активизировать разработку теплового насоса для преобразования «низкокачественной» тепловой энергии земли, водоемов, воздуха в «высококачественную», пригодную для отопления помещений. Именно физический процесс передачи тепла от наружной среды к хладагенту, циркулирующему в системе холодильника, стал ключевым в разработке геотермальных систем. В числовом выражении до 80% тепловой энергии, производимой геотермальными системами, - транспортируемая в жилища энергия окружающей среды, способная к самовосстановлению, без нанесения ущерба энергетическому и экологическому балансу Земли.

В отличии от традиционных систем отопления, тепловые насосы используют тепло земли, воды и воздуха для нагрева либо охлаждения помещения.

Принцип работы теплового насоса

   Тепловой насос состоит из холодильного замкнутого контура, по которому циркулирует хладагент (специальная жидкость компрессорных систем для переноса тепловых мощностей). Эта жидкость может находиться в различных агрегатных состояниях - жидком либо газообразном, в зависимости от температуры и давления. Холодильный замкнутый контур состоит из:
компрессора;
конденсатора;
испарителя;
к системе необходимо добавить устройства регулирования потока хладагента установленного в контуре системы;
Конденсатор и испаритель являются теплообменниками, т.е. специальные теплообменные устройства между протекающим в теплообменнике хладагентом и теплоносителями, которыми могут являться воздух, вода либо иные теплопередающие среды. В испарителе происходит передача тепла от внешней среды к рабочему телу (хладону) компрессорной системы. В конденсаторе происходит процесс передачи тепла от рабочего тела (хладона) к теплоносителю отопительной системы. Данный принцип работы компрессорной системы теплового насоса, где хладагент претерпевает следующие преобразования:

   Конденсатор: газообразный хладагент под высоким давлением и высокой температуры поступает из компрессора в конденсатор (пластинчатый теплообменник) в котором встречным потоком протекает теплоноситель отопительной системы. В результате теплообменного процесса происходит снижения температуры хладона и на выходе из конденсатора осуществляется процесс перехода хладагента из газообразного в жидкое состояние.
   Испаритель: в жидком состоянии хладагент поступает в испаритель (пластинчатый теплообменник), где происходит процесс передачи тепла земли к рабочему телу системы (хладагенту). Нагреваемый теплом земли хладагент в земляных петлях испаряется и попадает в компрессор.  В компрессоре происходит сжатие газообразного хладагента, при этом температура хладагента повышается и под высоким давление хладагент поступает в конденсатор.
   Преобразования, которые происходят в тепловом насосе, составляют обратный термодинамический цикл тепловых насосов: компрессор выполняет функцию "умножителя тепла" получаемого из окружающей среды. Энергия на работу компрессора расходуется из электросетей и составляет от 20 до 40% от тепловой энергии производимой тепловым насосом!